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DE10312009B3 - Halbleiterschalter mit Temperatursensoren, insb. geeignet für Fahrzeuge - Google Patents

Halbleiterschalter mit Temperatursensoren, insb. geeignet für Fahrzeuge Download PDF

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Germany
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semiconductor switch
temperature
switching
temperature sensors
circuit especially
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Edmund Martin
James Stewart
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Continental Automotive GmbH
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
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Abstract

Bei einem Halbleiterschalter, insbesondere einem Feldeffekttransistor mit einer integrierten Steuerschaltung, sind auf dem den Halbleiterschalter bildenden Chip mindestens zwei Temperatursensoren mit verschiedenen Schalttemperaturen angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Halbleiterschalter, insbesondere Feldeffekttransistor mit einer integrierten Steuerschaltung.
  • Derartige Halbleiterschalter – auch Smart-MOSFET-Schalter genannt – sind häufig mit einem Temperatursensor ausgestattet, der bei einer Temperatur von beispielsweise 150 °C den Lastkreis abschaltet. Solche Schalter werden beispielsweise zum Schalten von Lampen oder Gleichstrommotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt.
  • Der Temperatursensor in dem Halbleiterschalter – im folgenden auch als Chip bezeichnet – ist relativ träge. Seine thermische Kopplung zu den einzelnen Teilen des Chips ist unterschiedlich. Bei hohen Lastströmen und bei Kurzschluss können daher Teile des Chips vorgeschädigt werden, da dort die Temperatur die durch die Technologie bedingte 150 °C-Grenze überschreitet. Dadurch können Frühausfälle oder Fahrzeugbrände entstehen. Außerdem können knappe Notlaufzeiten vorliegen, bis eine Werkstatt aufgesucht werden muss, nachdem dem Fahrer ein Fehler angezeigt wurde.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiterschalter flexibel zu überwachen. Dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterschalter vorgesehen, dass auf dem den Halbleiterschalter bildenden Chip mindestens zwei Temperatursensoren mit verschiedenen Schalttemperaturen angeordnet sind.
  • Ein Halbleiterschalter mit zwei Temperatursensoren mit gleichen Schalttemperaturen ist aus der DE 195 34 604 C1 bekannt.
  • Der erfindungsgemäße Halbleiterschalter hat den Vorteil, dass ein Abschalten des Lastkreises unter entsprechenden Bedingun gen bereits bei einer niedrigeren Temperatur erfolgen kann, ohne dass es für Teile des Chips zu einer schädlichen Temperatur kommen kann. Dieses Ziel lässt sich im Allgemeinen mit zwei Temperatursensoren erreichen. Die Anwendung weiterer Temperatursensoren ist jedoch bei der Erfindung nicht ausgeschlossen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass eine Umschalteinrichtung dafür vorgesehen ist zu bestimmen, welcher Temperatursensor zum Abschalten des Halbleiterschalters in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Stromsensors verwendet wird.
  • Diese Ausgestaltung kann derart eingestellt sein, dass bei Lastströmen, die größer als beispielsweise 40 % des Maximalen sind, die Übertemperaturabschaltung vom Temperatursensor mit der niedrigeren Schalttemperatur, beispielsweise 130 °C, vorgenommen wird. Die Realisierung dieser Ausgestaltung kann in einfacher Weise durch eine Umschaltlogik auf dem Chip erfolgen, die das Stromsensorsignal mit den Ausgangssignalen der Temperatursensoren verknüpft. Gegebenenfalls ist es günstig, eine geringe Hysterese von ca. 1 °C bis 2 °C vorzusehen. Fällt der Laststrom wieder unter 40 %, wird das Ausgangssignal des Temperatursensors mit der höheren Schalttemperatur von beispielsweise 150 °C zur Übertemperaturabschaltung verwendet. Eine zu hohe Temperaturbelastung kann somit vermieden werden, da bei den kleinen Lastströmen die Erwärmung so langsam erfolgt, dass die Reaktionszeit des Temperatursensors mit der höheren Schalttemperatur ausreicht.
  • Es sind auf dem Markt auch Smart-MOSFET-Schalter ohne Stromsensor erhältlich. Für solche Schalter ist eine andere Ausgestaltung der Erfindung dadurch vorteilhaft, dass eine Um schalteinrichtung dafür vorgesehen ist zu bestimmen, welcher Temperatursensor zum Abschalten des Halbleiterschalters in Abhärtgigkeit von einem zugeführten Signal verwendet wird.
  • Smart-MOSFET-Schalter ohne Stromsensor weisen normalerweise mindestens einen Statusausgang auf, der als Open-Drain-Ausgang ausgeführt ist. Hierfür ist bei einer Weiterbildung der anderen Ausgestaltung vorgesehen, dass einem Statusausgang des Halbleiterschalters das Signal zuführbar ist und dass die mit dem zugeführten Signal gegebene Information über die Auswahl eines der Temperatursensoren gespeichert wird, so dass der jeweilige Temperatursensor während des folgenden Betriebes dauernd ausgewählt bleibt. Durch diese Maßnahme wird möglich, dass nach dem Einschalten der Statusausgang zur Anzeige des Status des Halbleiterschalters benutzbar ist.
  • Die zweite Ausgestaltung eignet sich insbesondere dafür, einen Halbleiterschalter bezüglich der Übertemperaturabschaltung an die jeweiligen Einsatzbedingungen anzupassen, ohne dass eine schaltungstechnische Änderung vorzunehmen ist. So kann beispielsweise durch das dem Statusausgang zugeführte Signal ein in einem Fahrerhaus befindlicher Halbleiterschalter jeweils beim Einschalten auf eine Schalttemperatur von 130 °C eingestellt werden, während ein Halbleiterschalter im Motorraum auf 150 °C eingestellt wird.
  • Für die meisten Anwendungen hat es sich als günstig herausgestellt, wenn einer der Temperatursensoren eine Schalttemperatur von 130 °C und ein anderer der Temperatursensoren eine Schalttemperatur von 150 °C aufweist. Dem Fachmann bleibt jedoch die Wahl anderer Schalttemperaturen überlassen.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,
  • 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,
  • 3 und 4 Zeitdiagramme von bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 auftretenden Signalen.
  • In den 1 und 2 sind nur die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Komponenten dargestellt. In beiden Ausführungsbeispielen ist auf einem Chip 1, 1' ein Feldeffekttransistor 2 angeordnet, mit dem eine Last 3 mit einer bei 4 zugeführten Betriebsspannung verbunden bzw. von ihr getrennt werden kann. Die bei 4 zugeführte Betriebsspannung dient auch der Versorgung der weiteren Komponenten auf dem Chip 1, 1', was durch einen Pfeil angedeutet ist.
  • In an sich bekannter Weise werden dem Halbleiterschalter über einen Eingang 6 Steuerimpulse zugeführt. Diese gelangen über eine Schutzschaltung 7, eine Logikschaltung 8 und eine Steuerschaltung 5 an die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 2. Die Steuerschaltung enthält unter anderem eine Ladungspumpe, mit der eine außerhalb des Spannungsbereichs zwischen der versorgten Spannung und Masse liegende Gate-Spannung erzeugt wird.
  • An die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 2 ist der Eingang eines Spannungsdetektors angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Eingang der Logikschaltung 8 verbunden ist und eine Rückmeldung des Schaltzustandes bzw. des Vorhandenseins einer Last 3 ermöglicht.
  • Ferner sind in beiden Ausführungsbeispielen zwei Temperatursensoren 11, 12 vorgesehen, deren Ausgangssignal bei Erreichen bzw. Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur den logischen Pegel wechselt. Diese Schalttemperatur beträgt bei dem Temperatursensor 11 T2 = 150 °C, während der Temperatursensor 12 bei T1 = 130 °C umschaltet.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 wird zwischen den beiden Temperatursensoren 11, 12 in Abhängigkeit von der Strombelastung des Feldeffekttransistors 2 umgeschaltet. Dazu ist ein bei einigen bekannten Halbleiterschaltern ohnehin vorhandener Stromsensor 10 über eine Schwellwertschaltung 14 mit einem Steuereingang eines Umschalters 13 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Schwellwertschaltung 14 etwa bei 40 % des maximal möglichen Stroms umschaltet, wobei zur Vermeidung von häufigem Hin- und Herschalten eine Hysterese von wenigen °C vorgesehen ist.
  • Ist der Strom I kleiner als 40 % des maximalen Stroms, befindet sich der Umschalter 13 in gezeichneter Stellung, so dass ein Abschalten über die Logikschaltung 8 und die Ansteuerschaltung 5 erst eingeleitet wird, wenn der Temperatursensor 11 150 °C meldet. Bei diesen kleineren Strömen ist davon auszugehen, dass die Erwärmung nicht so schnell vonstatten geht, dass sich große Temperaturunterschiede innerhalb des Chips ausbilden. Bei größeren Ausgangsströmen wird jedoch der Um schalter 13 in die untere Stellung gebracht, so dass ein Abschalten wegen unzulässig großer Temperaturerhöhung bereits bei 130 °C eingeleitet wird. Dadurch werden insbesondere diejenigen Komponenten rechtzeitig abgeschaltet, die – bedingt durch den höheren Ausgangsstrom – eine höhere Temperatur aufweisen als der Temperatursensor 12.
  • Das Ausführungsbeispiel nach 2 betrifft einen Halbleiterschalter, der nicht mit einem Stromsensor versehen ist. Der Chip 1' weist jedoch einen Statusausgang 15 auf, der ein Statussignal ST abgibt, welches von angeschlossenen nicht dargestellten Einrichtungen, beispielsweise von einem Mikrocomputer, ausgewertet werden kann. Der Statusausgang 15 ist ein Open-Drain-Ausgang, der normalerweise von der externen Einrichtung über einen Pull-Up-Widerstand auf +5 v angehoben ist. Dadurch kann man dem Ausgang 15 ein Potential kleiner als 2 V (= Low, L) einprägen. Der Ausgang 15 wird somit als Eingang benutzt, so dass zur Durchführung der Erfindung die Zahl der Anschlüsse des an sich bekannten Halbleiterschalters nicht erhöht werden muss.
  • Wird der Statusausgang vor dem Einschalten des Halbleiterschalters auf ein Potential von kleiner als 2 V (L) gelegt, so wird diese Information in einem Register auf dem Chip gespeichert und damit dauernd der 130 °C-Temperatursensor 12 ausgewählt. Dies erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 durch eine entsprechende Steuerung der Logikschaltung 8. Damit kann anwendungsspezifisch im Bedarfsfall die Schalttemperatur von T1 = 130 °C gewählt werden. Nach dem Einschalten des Halbleiterschalters steht der Statusausgang 15 wieder für seine normale Funktion zur Verfügung, nämlich den Zustand des Feldeffekttransistors anzuzeigen. Dies erfolgt durch den während dieser Zeit dort vorhandenen Pegel.
  • Die 3 und 4 zeigen Diagramme der Signale ST am Aus- bzw. Eingang 15, IN am Eingang 6 und SEL, das in der Logikschaltung 8 vorliegt. In dem dargestellten Fall wird vor dem Einschalten der Pegel am Statusausgang 15 vorübergehend auf L gesetzt. Durch den oben erwähnten Pull-Up-Widerstand wird ST wieder in den Zustand H gebracht, was wegen des hohen Wertes des Pull-Up-Widerstandes langsamer als die übrigen Flanken erfolgt. Wenn eine fallende Flanke auf dem Signal ST auftritt, während das Signal IN noch auf dem Pegel L ist, wird auf den 130 °C-Temperatursensor 12 solange umgeschaltet bis mit der fallenden Flanke auf dem Signal IN die Einschaltphase beendet wird. Etwaige Statusmeldungen während der Einschaltphase wirken sich nicht auf das Signal SEL aus.
  • 3 zeigt die Vorgänge für den Fall, dass auf den 130 °C-Temperatursensor umgeschaltet werden soll. Dies erfolgt dadurch, dass dem Anschluss 15 mit dem Impuls 16 kurzzeitig der Pegel L eingeprägt wird, so dass SEL auf 130 °C umgeschaltet wird. Ein in 3 gestrichelt dargestellter Impuls 17 einer Statusmeldung kann vom Anschluss 15 abgegeben werden, ohne die Temperaturumschaltung zu beeinflussen. Mit der Rückflanke des Signals IN, also nach der Einschaltphase des Halbleiterschalters, wird SEL wieder auf 150 °C gesetzt.
  • Bei dem in 4 dargestellten Fall soll der erfindungsgemäße Halbleiterschalter auch im eingeschalteten Zustand mit einem 150 °C-Temperatursensor betrieben werden. Es wird daher am Anschluss 15 vor der positiven Flanke des Signals IN kein Impuls eingeprägt, so dass SEL bei 150 °C bleibt. Eine nachfolgende etwaige Statusmeldung 17 wirkt sich hier ebenfalls nicht auf SEL aus.

Claims (6)

  1. Halbleiterschalter, insbesondere Feldeffekttransistor mit einer integrierten Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet , dass auf dem den Halbleiterschalter bildenden Chip (1, 1') mindestens zwei Temperatursensoren (11, 12) mit verschiedenen Schalttemperaturen angeordnet sind.
  2. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung (13) dafür vorgesehen ist zu bestimmen, welcher Temperatursensor (11, 12) zum Abschalten des Halbleiterschalters in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Stromsensors (10) verwendet wird.
  3. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung (8) dafür vorgesehen ist zu bestimmen, welcher Temperatursensor (11, 12) zum Abschalten des Halbleiterschalters in Abhängigkeit von einem vorbestimmten zugeführten Signal verwendet wird.
  4. Halbleiterschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einem Statusausgang (15) des Halbleiterschalters das Signal zugeführt wird und dass die mit dem zugeführten Signal gegebene Information über die Auswahl eines der Temperatursensoren (11, 12) gespeichert wird, so dass der jeweilige Temperatursensor (11, 12) während des folgenden Betriebes dauernd ausgewählt bleibt.
  5. Halbleiterschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einschalten der Statusausgang (15) zur Anzeige des Status des Halbleiterschalters benutzt wird.
  6. Halbleiterschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass einer der Temperatursensoren (12) eine Schalttemperatur von 130 °C und ein anderer der Temperatursensoren (11) eine Schalttemperatur von 150 °C aufweist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1670139A1 (de) * 2004-12-07 2006-06-14 Denso Corporation Vorrichtung zur Speisung einer induktiven Last
DE102005003245A1 (de) * 2005-01-24 2006-08-10 Infineon Technologies Ag Ansteuerschaltung für ein Zündelement eines Insassenschutzsystems

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1670139A1 (de) * 2004-12-07 2006-06-14 Denso Corporation Vorrichtung zur Speisung einer induktiven Last
US7379285B2 (en) 2004-12-07 2008-05-27 Denso Corporation Apparatus for driving inductive load
DE102005003245A1 (de) * 2005-01-24 2006-08-10 Infineon Technologies Ag Ansteuerschaltung für ein Zündelement eines Insassenschutzsystems
DE102005003245B4 (de) * 2005-01-24 2008-05-29 Infineon Technologies Ag Ansteuerschaltung für ein Zündelement eines Insassenschutzsystems
US7710704B2 (en) 2005-01-24 2010-05-04 Infineon Technolgies Ag Drive circuit for a firing element of an occupant protection system

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